闪烁材料是一类能够将X射线、γ射线等高能辐射转换为紫外或可见光的功能材料，在医学诊断、安全检查和工业无损检测等领域具有重要应用。中国科学院理化技术研究所特种影像材料与技术研究中心孙承华团队长期致力于金属卤化物等闪烁材料的设计合成、发光性能调控及功能应用研究，并在防伪显示以及X射线、γ射线、冷中子和快中子成像等领域取得了一系列研究进展(Nat. Commun. 2025, 16, 6215; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 21302; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2300607; ACS Nano, 2024, 18, 16715-16725; Rare Met. 2024, 43, 175–185; Nano Energy, 2026, 111695)。其中，X射线成像已经成为医疗诊断、安全筛查和工业检查中不可或缺的技术，这些领域对提高空间分辨率、检测灵敏度和操作可靠性提出了不断的要求。近年来，有机-无机杂化金属卤化物(OIMHs，A_mBX_n)因具有丰富的晶体结构和优异的自陷激子（STE）发光特性，在新型X射线闪烁材料领域受到广泛关注。然而，传统研究主要依赖组分调控，往往导致多种结构和电子因素同时变化，使晶体结构与闪烁发光性能之间的内在关联难以厘清。

近日，研究团队从凝聚态结构化学角度出发，提出了一种环境调节的晶体结构重构策略，制备出兼具高效闪烁与光学状态可调特性的OIMHs闪烁体。通过控制晶体生长环境，团队实现了同一前驱体体系中无机发光单元的可控重组，获得了三种组成相近但结构不同的零维单晶：三种晶体分别为具有二聚体结构的(C₉H₁₃N₂O)₄In₂Cl₁₀:Sb³⁺(Crystal 1), 具有孤立八面体结构的(C₉H₁₃N₂O)₂(H₅O₂)InCl₆:Sb³⁺(Crystal 2), 及具有混合配体八面体结构的(C₉H₁₃N₂O)₄(InCl₆)[InCl₄(H₂O)₂]:Sb³⁺(Crystal 3)，无机配位结构的变化使三种晶体呈现出不同的激发态弛豫过程，实现了从绿色到红色的可调自陷激子（STE）发光 (图1)。实验表征与理论计算表明，三种晶体的发光行为受A位阳离子、无机配位单元[BXₙ]及X位配位环境的协同调控。其中，[BX_n]组态决定晶格畸变程度和电子-声子耦合程度，A-[BX_n]相互作用影响晶格刚性，X位配位环境进一步调节激发态能量分布与辐射弛豫过程，上述结果揭示了不同结构层级对发光过程的影响，建立了晶体结构与闪烁性能之间的内在联系。三种晶体表现出优异且互补的闪烁性能，其中最高X射线光产额达到27,522 photons MeV⁻¹，高透明晶体的X射线成像空间分辨率达到为24 lp mm⁻¹，展现出良好的X射线探测与高分辨成像能力。

进一步研究发现，三种晶体可在酸、湿度、加热和乙醇等外界刺激下发生可逆结构转变，并伴随绿色、黄色和红色发光状态的可逆切换。基于这一特性，研究团队实现了可编程光学加密，并搭建了概念验证型智能X射线成像平台，使材料在完成X射线成像的同时，能够感知环境变化并反馈自身状态。该研究将环境响应型晶体结构重构与高性能闪烁成像相结合，使闪烁材料由传统的被动辐射转换介质拓展为兼具环境感知、状态反馈和成像功能的智能材料，为可重构闪烁体的设计及未来智能X射线成像系统的发展提供了新的思路。

相关成果以“Environment-Regulated Crystal-Structure Reconfiguration of Hybrid Halide Scintillators Enables Tunable STE Emission Toward Intelligent X-Ray Imaging”为题发表于Angewandte Chemie International Edition上期刊上，文章第一作者为理化所博士生李露露，通讯作者为理化所孙承华研究员和郑金晓特别研究助理。该工作得到国家自然科学基金和北京市科技新星计划支持。

图1 环境调控晶体结构重构及其可调自陷激子发光

图2 三种晶体的光学和闪烁性质

图3 三种闪烁体之间的多刺激响应可逆发光切换

图4 三种晶体的潜在发光机制

图5 结构可重构闪烁体的高分辨X射线成像、可编程光学加密及智能环境感知系统演示

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.4761895